Две реализации могут дать один и тот же отчёт и разное измеренное время. Сначала проверим равенство результатов, затем решим, что именно было измерено.
Учителю: подготовка и план на 45 минут
Подготовьте компьютер, редактор, папку с правом записи, распечатку ученической части PDF, бумагу и ручку. Компилятор G++ с поддержкой C++17 и редактор. Сборка: g++ -std=c++17 -Wall -Wextra -pedantic main.cpp -o lesson. Запуск ./lesson в Linux/macOS или .\lesson.exe в Windows (при сборке задайте -o lesson.exe). Также установите Python 3.11+; второй исходник запускается python lesson.py (либо python3 lesson.py), внешние библиотеки не нужны. Установку и проверку запуска учитель выполняет заранее. Все программы, данные и ожидаемые ответы даны; регистрация детей и интернет на занятии не нужны.
Уровень — начинающий программист, 9 класс. Предпосылки: проект уроков 31–32, стандартная сортировка, измерение времени. В паре автор прогнозирует и вводит код, проверяющий ведёт журнал, затем роли меняются. Без компьютера выполните трассировку полного кода на бумаге и сопоставьте с готовыми результатами; учитель демонстрирует подготовленный запуск. Бумажный вариант не считается фактическим запуском ученика. Перед практикой учитель выдаёт готовый файл разобранного примера, чтобы дети тратили время на изменение и проверку, а не длинное перепечатывание. Матрица программы предназначена учителю.
| Минуты | Работа | Результат |
|---|---|---|
| 0–5 | Проблема | Вопрос и первое решение |
| 5–14 | Понятия и пример | Способ проверки |
| 14–25 | Практика 1 | Готовый продукт и проверка |
| 25–33 | Практика 2 | Перенос способа |
| 33–40 | Обсуждение | Аргумент и ограничение |
| 40–45 | Индивидуальная проверка | Самостоятельный ответ |
01. Проблемная ситуация
0–5 минут. Получены времена 0,20 мс и 20 мс. В первом случае измеряли только функцию, во втором — запуск программы вместе с чтением файла. Можно ли заключить, что первый язык быстрее в 100 раз? Назовите отсутствующее условие сравнения.
02. Понятия и разобранный пример
5–14 минут: 4 минуты на понятия, 3 на пример, 2 на объяснение способа партнёру.
Одинаковый результат и границы замера
Сравниваем вычислительное ядро, не разбор токенов: вход — уже проверенный список 0…100 целых 0…1000, порог 20 минут. Нужны n, сумма, количество >=20 и неубывающий порядок. Python использует sorted и прямой подсчёт; C++ сортирует vector и использует lower_bound. Это разные реализации одного результата.
Коды ниже — два отдельных полностью запускаемых файла. Python печатает те же две строки без лишнего пробела в конце; C++ оставляет конечный пробел во второй строке. Для этой проверки сравниваем числовые токены строк, а не байты файлов. Если требуются побайтно одинаковые файлы, формат вывода надо унифицировать отдельно.
Измерять надо одинаковую работу: одинаковый вход, включение копирования, сортировки, поиска и вывода, одинаковое число повторов. Отдельно фиксируют версии, настройки компиляции и устройство. Медиана повторов устойчивее единичного запуска к случайным задержкам, но не превращает один опыт в универсальное свойство языка. В обоих примерах секундомер охватывает создание входного контейнера, сортировку, сумму и поиск/подсчёт; печать вынесена за замер. kernel_ms выводится отдельно в поток ошибок. Для пяти чисел время слишком мало для устойчивого ранжирования; сохраните показания как демонстрацию границ замера, не как доказательство скорости языка.
Отступы набирайте обычными пробелами: 4 на уровень. При копировании с веб-страницы замените неразрывные пробелы обычными; полный код с обычными пробелами есть в PDF.
Для 12,25,20,8,25 обе программы дают 5 90 3 и значения 8 12 20 25 25. После сортировки C++ lower_bound(20) указывает на позицию 2; n-2=3. Для пустого вектора begin()==end(), разность равна 0.
| #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <chrono> using namespace std; int main() { auto start=chrono::steady_clock::now(); vector<int> a={12,25,20,8,25}; sort(a.begin(),a.end()); long long total=0; for (int x:a) total+=x; auto first=lower_bound(a.begin(),a.end(),20); auto stop=chrono::steady_clock::now(); double ms=chrono::duration<double,milli>(stop-start).count(); cerr << "kernel_ms=" << ms << "\n"; cout << a.size() << ' ' << total << ' ' << a.end()-first << '\n'; for (int x:a) cout << x << ' '; cout << '\n'; } |
03. Практика 1. Проверяем материал
Сопоставляем реализации
14–25 минут. Python-код ниже сохраните отдельно; в обоих файлах меняйте только исходный набор.
| Набор | Ожидаемые n, сумма, >=20 |
|---|---|
| 12,25,20,8,25 | 5,90,3 |
| пустой | 0,0,0 |
| 20,20,0 | 3,40,2 |
| 19,21 | 2,40,1 |
2 минуты — прогноз; 5 — четыре пары запусков; 2 — сравнение токенов двух строк; 2 — журнал. Критерии: одинаковые числовые результаты, сохранённые повторы, пустой случай, объяснение различия реализации. В журнал внесите kernel_ms и версии Python/G++, пометив единичные замеры как демонстрационные.
| def report(a, q): b = sorted(a) count = sum(x >= q for x in a) return len(a), sum(a), count, b from time import perf_counter import sys start=perf_counter() n,total,count,b=report([12,25,20,8,25],20) ms=(perf_counter()-start)*1000 print("kernel_ms=",ms,file=sys.stderr) print(n,total,count) print(*b) |
Практика 1: разбор и критерии
Первая строка указана в таблице; вторые: 8 12 20 25 25; пустая; 0 20 20; 19 21. Пробел в конце строки C++ не меняет токены, но меняет байты. У C++ исходный vector изменён sort; Python report создаёт b и сохраняет исходный a.
04. Практика 2. Перенос способа
Проверяем сравнимость времени
25–33 минуты. Даны учебные, не реально измеренные здесь времена одного и того же ядра в мс: P=[2.1,2.0,2.2,2.0,8.0], C=[0.8,0.9,0.8,0.9,3.0]. Копирование включено, печать и запуск процесса исключены. За 2 минуты упорядочьте серии, за 3 найдите медианы и их отношение, за 3 напишите вывод с двумя ограничениями. Отдельно оцените сравнение P с C, если в C включили компиляцию.
Практика 2: разбор и критерии
P отсортировано: 2.0,2.0,2.1,2.2,8.0; медиана 2.1 мс. C: 0.8,0.8,0.9,0.9,3.0; медиана 0.9 мс. Отношение 2.1/0.9≈2.33. В этой учебной серии C меньше по медиане; не доказано для других входов и устройств. Включение компиляции только в C делает границы замера несопоставимыми. Критерии: обе медианы, отношение, оговорки.
05. Обсуждение и границы вывода
33–40 минут. Предлагаются решения: переписать проект целиком ради языка либо сначала найти медленный участок. За 2 минуты назовите цену переписывания, за 3 предложите воспроизводимый замер, за 2 запишите решение.
Обсуждение: возможный вывод
Сначала проверяют правильность и измеряют чтение, расчёт, запись отдельно. Медленный диск или вывод могут доминировать над поиском. Оптимизируют подтверждённое узкое место; выбор языка зависит также от сопровождения и библиотек. Учебные числа не являются реальным сравнительным тестом Python и C++.
06. Индивидуальная проверка
40–45 минут. Времена [4,1,2,2,9] мс: найдите медиану, назовите два условия честного сравнения и один вывод, который эти числа не разрешают. Четыре балла.
Индивидуальная проверка: ответ и критерии
Медиана 2 мс; одинаковый вход; одинаковые границы измерения (допустимы также устройство/повторы/настройки); нельзя заключить, что язык всегда быстрее другого. По баллу за каждый пункт.
07. Соответствие исходной программе
Пункт программы → действие → результат
| Пункт программы | Действие ученика | Проверяемый результат |
|---|---|---|
| Повторение и обобщение: файлы, функции, сортировка, поиск | Сопоставляем реализации | Сопоставить реализации по одному контракту и ограничить вывод о скорости условиями измерения. |
| Самостоятельная проверка результата | Проверяем сравнимость времени | Обоснованный ответ и исправление ошибки |
Источники и права на изображения
Тексты, учебные данные, реплики, программы и схемы подготовлены для уроков портала «Школы России». Числовые серии — учебные модели, не результаты проведённых классом опытов. Схемы авторские, сторонние фотографии не используются. Методические ссылки приведены для учителя; ученик получает все материалы здесь. Проверка первичных источников: 18.10.2026.